Классификация минералов

 

Классификация минералов построена по химическому составу:

 

1. Самородные элементы: сера, графит.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, опал, лимонит.

4. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит;

5. Сульфаты: гипс, ангидрит;

6. Галоиды: галит;

7. Силикаты: оливин, пироксены (авгит), амфиболы (роговая обманка), каолинит, слюды (мусковит, биотит), полевые шпаты (альбит, ортоклаз, микроклин, лабрадор).

Каждый минерал обладает присущими только ему физическими свойствами. Большинство минералов имеют кристаллическое строение, т.е. элементы их слагающие, расположены в пространстве строго упорядочено, образуя кристаллическую решетку.

Аморфные минералы …
в отличие от кристаллических не имеют закономерного внутреннего строения (опал, магнезит аморфный), представляют из себя однородную массу, похожую на пластилин, кость.

Изучение минералов можно вести макроскопическим методом. Для более точного изучения применяются микроскопические исследования.

Макроскопический метод основан на изучении внешних признаков минералов. К таким признакам относятся морфологический облик и физические свойства минералов.

 

Внешний облик минералов:

 

1. Иногда минералы встречаются в виде одиночных правильных многогранников. Их называют кристаллами (кварц, гипс, кальцит).

2. Семейства кристаллов, сросшихся основаниями, образуют друзы и щетки (кальцит, кварц).

3. Чаще всего минералы встречаются в виде зернистых агрегатов, масса которых состоит из мелких зерен неправильной формы.

4. Если зерна имеют определенную геометрическую форму, то образуются: а) игольчатые, шестоватые, призматические; зерна вытянутые в одном направлении (роговая обманка); б) пластинчатые, листоватые – вытянутые в двух направлениях (слюда, гипс).

5. Конкреции – сферические сростки зерен со скорлуповатым или радиально-лучистым строением.

6. Жеоды – скопление зерен на стенках пустот в горных породах. Рост минералов происходит от стенок к центру пустоты.

 

Физические свойства минералов

 

Изучение физических свойств позволяет распознавать минералы. Наиболее характерные свойства для каждого минерала называются диагностическими.

Цвет минералов очень разнообразен. Некоторые минералы могут быть разных цветов (кварц – молочный, водяно-прозрачный, дымчатый). Для других минералов цвет – постоянное свойство и может служить диагностикой (сера – желтая). Есть минералы, которые меняют свой цвет в зависимости от освещения. Например, лабрадор при повороте на свету отсвечивает синим, зеленым цветом. Это свойство называют ирризацией.

Цвет черты – это цвет минерала в порошке. Некоторые минералы имеют в порошке другой цвет, чем в куске (пирит – соломенно-желтый, черта – буровато-черная).

Блеск может быть металлическим (пирит), полуметаллическим (блеск потускневшего металла – графит) и неметаллическим (стеклянный, жирный перламутровый, матовый – кварц, сера, слюда, каолин).

Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных полированных плоскостей. Бывает весьма совершенная спайность – минерал легко расщепляется на листочки (слюда); совершенная спайность – минерал раскалывается при слабом ударе молотком на геометрические правильные формы (кальцит); средняя спайность – при расколе образуются плоскости, как ровные, так и неровные поверхности (полевые шпаты); несовершенная спайность – плоскости спайности практически не обнаруживаются (кварц, сера). Излом минералов, обладающих несовершенной спайностью всегда или неровный, или раковистый (кварц).

Твердость – это степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям. Для определения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью (таблица 1).

 

Шкала твердости Мооса

Таблица 1 –

Тальк Ортоклаз
Гипс Кварц
Кальцит Топаз
Флюорит Корунд
Апатит Алмаз

 

Последовательность действий при определении твердости минералов: минералом чертят по стеклу (тв. 5). Если остается царапина на стекле, то твердость минерала равна или больше 5. Тогда используют эталонные минералы с твердостью больше 5. Например, если испытуемый минерал оставляет царапину на эталоне с твердостью 6, а при царапании его кварцем получается глубокая царапина, то его твердость 6,5.

Для некоторых минералов характерны особые, только им присущие свойства. Так карбонаты вступают в реакцию с соляной кислотой (в куске «вскипает» кальцит, в порошке – доломит, в горячей кислоте – магнезит).

Галоиды обладают характерным вкусом (галит – соленый).

Минералы характеризуются различной устойчивостью к выветриванию. Одни минералы разрушаются физически, образуя обломки, другие минералы испытывают химические превращения, преобразуясь в другие соединения (таблица 2).

 

Устойчивость минералов к выветриванию

Таблица 2

Группа по степени устойчивости Наименование минералов Характер изменений
Наиболее устойчивые, нерастворимые Кварц Мусковит Лимонит Физическое размельчение без изменения химического состава
Среднеустойчивые, нерастворимые Ортоклаз Альбит Авгит Роговая обманка Физическое разрушение и гидролиз: образуются вторичные минералы: каолинит, лимонит, опал
Менее устойчивые, нерастворимые Лабрадор Биотит То же, но процесс протекает интенсивнее
Слабоустойчивые, нерастворимые Пирит   Оливин   Окисление: образуется лимонит и серная кислота Окисление: образуется серпентин, хлорит, магнезит
Слаборастворимые Доломит Кальцит Физическое размельчение и растворение
Среднерастворимые Ангидрит Гипс Растворение, гидратация, дегидратация
Сильнорастворимые Галит Интенсивное растворение, пластическое течение при длительном действии одностороннего воздействия

 

Методика определения минералов.

 

Для выполнения практической работы необходимо пользоваться определителем минералов [1].

Последовательность выполнения работы:

1. Определить облик зерен агрегата минерала.

2. Определить цвет минерала, если минерал темного цвета, то провести минералом по фарфоровой пластинке для определения цвета черты (порошка).

3. Определить блеск минерала.

4. Для определения интервала твердости провести минералом по стеклу.

5. Минералы средней твердости (3-3,5) надо проверить на реакцию с

10 %-ным раствором соляной кислоты.

6. Попытаться найти на образце ровные полированные грани – т.е. определить спайность.

7. По набору признаков в определителе найти название и состав минерала.

8. Отметить в состав каких горных пород входит данный минерал.

Данные по минералам внести в таблицу 3.

 

Характеристика породообразующих минералов

Таблица 3

Класс Название минерала, формула Облик Цвет, цвет черты Блеск Спайность Твердость Другие свойства Устойчивость к выветриванию В состав каких пород входят
                     

 

Задание

 

Список минералов для изучения:

1. Самородные элементы: графит, сера.

2. Сульфиды: пирит.

3. Оксиды и гидроксиды: кварц, халцедон, опал, лимонит.

4. Галогениды: галит, сильвин.

5. Карбонаты: кальцит, доломит, магнезит.

6. Сульфаты: гипс, ангидрит.

7. Силикаты: оливин, гранат, авгит, роговая обманка, тальк, серпентин, каолин, слюды, хлорит, ортоклаз, микроклин, альбит, нефелин.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое минералы?

2. Какие минералы называются породообразующими?

3. В каком виде встречаются минералы?

4. Для каких минералов цвет является диагностикой?

5. Что такое цвет черты, примеры.

6. Какой бывает блеск у минералов?

7. Как определяется твердость минералов?

8. Что такое спайность?

9. Какие минералы могут растворяться в воде?

10. Какие минералы набухают?

11. Что такое гидратация и дегидратация?

12. Какие минералы самые устойчивые к выветриванию?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии. – М.: Недра, 1988. c. 5-7, 11-49.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: приобрести навыки в определении магматических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики магматических горных пород и их применение в строительстве.

 

Оборудование: учебная коллекция магматических пород, лупы,

шкала Мооса.

Общие сведения о горных породах.

 

Горными породами называют самостоятельные геологические тела, состоящие из одного или нескольких минералов более или менее постоянного состава и строения.

По способу и условиям образования все породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.

Минералогический состав горных пород различен. Они могут состоять из одного (мономинеральные) или нескольких минералов (полиминеральные).

Внутреннее строение горных пород, характеризуется их структурой и текстурой.

Структура – это строение породы, обусловленное формой, размерами и взаимоотношениями ее составных частей.

Текстура породы определяет распределение ее составных частей в пространстве.

Все горные породы классифицируются по условиям образования на магматические, осадочные и метаморфические породы.

 

Условия образования магматических горных пород.

 

Магматические горные породы образуются в результате остывания магмы. Магма – это каменный расплав силикатного состава, образующийся на больших глубинах в недрах Земли. Магма может остывать в глубине земной коры под покровом вышележащих пород и на поверхности или близ поверхности Земли. В первом случае процесс остывания протекает медленно, и вся магма успевает раскристаллизоваться. Структуры таких глубинных пород полнокристаллические, зернистые.

При быстром поднятии магмы на поверхность земли температура ее падает быстро, от магмы отделяются газы и пары воды. В этом случае породы или полностью не раскристаллизованы (стекловатая структура), или раскристаллизованы частично (полукристаллическая структура).

Глубинные породы называют интрузивными. Их структуры могут быть: мелкозернистая (зерна <0,5 мм), среднезернистая (размер зерен 0,5-1 мм), крупнозернистая (от 1 до 5 мм), гигантозернистая (> 5 мм), неравномернозернистая (порфировидная).

Излившиеся породы называют эффузивными. Их структуры – порфировая (в скрытокристаллической массе выделяются отдельные крупные кристаллы), афанитовая (плотная скрытозернистая масса), стекловатая (порода почти целиком состоит из нераскристаллизовавшейся массы – стекла).

Текстуры магматических пород: интрузивные породы почти всегда массивные. В эффузивных породах наряду с массивной текстурой встречаются пористые и пузырчатые.

Физико-химические условия образования пород на глубине и на поверхности резко различны. По этой причине из магмы одного и того же состава в глубинных и поверхностных условиях образуются разные породы. Каждой интрузивной породе соответствует определенная излившаяся порода.

Наряду с классификацией магматических пород по условиям залегания, их классифицируют по химическому составу в зависимости от содержания кремнекислоты SiO2 (таблица 4).

 

Классификация магматических пород.

Таблица 4

Состав породы Породы интрузивные (глубинные) Породы эффузивные (излившиеся)
химический минералогический
Кислые SiO2 > 65 % Кварц, полевой шпат, слюда Гранит Липарит, пемза, кварцевый порфир, обсидиан
Средние SiO2 (65-52 %) Калиевый полевой шпат, плагиоклаз, роговая обманка   Плагиоклаз, роговая обманка Сиенит   Диорит Трахит, ортофир   Андезит, андезитовый порфирит
Основные SiO2 = 52-40 % Плагиоклаз, пироксен   Плагиоклаз Габбро   Лабрадорит   Базальт, диабаз
Ультраосновные SiO2 < 40 % Оливин   Оливин, пироксен Пироксен Дунит   Перидотит Пироксенит  

 

Инженерно-строительная характеристика магматических горных пород.

 

Все магматические горные породы имеют высокую прочность, значительно превышающую нагрузки, возможные в инженерно-строительной практике, нерастворимы в воде и практически водонепроницаемы (кроме трещиноватых разностей). Благодаря этому они широко используются в качестве оснований ответственных сооружений (плотин). Осложнения при строительстве на магматических породах возникают в том случае, если они трещиноваты и выветрелы: это приводит к уменьшению плотности, повышению водопроницаемости, что значительно ухудшает их инженерно-строительные свойства.

 

Применение в строительстве.

 

Интрузивные магматические породы, такие как гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит применяются как облицовочный материал.

Базальты и диабазы применяются для каменного литья в качестве брусчатки для мощения улиц, минеральной ваты.

Ультраосновные породы используются как огнеупорное сырье. Пемза применяется как полировальный и абразивный материал. Обсидиан используется как поделочный камень. Широко используются магматические породы в качестве бутового камня и щебенки.

 

Методика определения магматических пород.

 

При установлении типа изверженной породы необходимо прежде всего выяснить, относится ли она к интрузивным или эффузивным. Интрузивные породы обладают полнокристаллической структурой – минералы видны невооруженным глазом, и вся масса породы представляет собой агрегат кристаллических зерен. В эффузивных породах только часть вещества (порфировые вкрапленники) приобрела кристаллическую структуру, а вся остальная масса состоит из вещества, зернистое строение которого неразличимо.

Следующий этап – определение минерального состава. Кислые и средние горные породы окрашены в серые тона, основные и ультраосновные породы – в темные и черные. Кварц в значительных количествах наблюдается только в кислых породах. Сиениты и диориты лишены кварца, в диорите содержится до 30 % роговой обманки.

Липариты, трахиты и андезиты различаются по минералам вкрапленников: в трахитах они представлены калиевым полевым шпатом, в андезитах – плагиоклазом и роговой обманкой, в липаритах – кварцем и полевым шпатом.

Габбро и ультраосновные породы окрашены в темные цвета. В габбро светлые зерна представлены плагиоклазом, ультраосновные породы состоят только из темноцветных минералов.

 

ЗАДАНИЕ

 

Определить внешние признаки магматических горных пород, находящихся в учебной коллекции и описать их в тетради по плану:

1. Название породы.

2. Группа по содержанию SiO2.

3. Группа по способу образования.

4. Структура.

5. Текстура.

6. Цвет.

7. Минеральный состав.

8. Применение в строительстве.

 

Контрольные вопросы.

 

1. Что называется горной породой?

2. Как классифицируются горные породы?

3. Что такое структура?

4. Какие структуры характерны для магматических пород?

5. Что такое текстура?

6. Какие текстуры характерны для магматических пород?

7. Как образуются магматические породы?

8. Чем отличаются интрузивные от эффузивных пород?

9. Как классифицируются магматические горные породы по содержанию SiO2?

10. Назвать излившиеся аналоги гранитов, сиенитов, диоритов, габбро.

11. Каковы инженерно-геологические свойства магматических пород?

12. Как применяются в строительстве магматические породы?

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии.-М.: Недра, 1988. c. 50-64.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

 

Цель работы: приобрести навыки в определении осадочных горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики осадочных горных пород. Изучить применение осадочных пород в строительстве.

 

Оборудование: учебная коллекция осадочных пород,

раствор 10 % соляной кислоты, лупы.

 

Условия образования осадочных пород

 

Осадочные горные породы образуются в поверхностной зоне земной коры в условиях невысоких температур и давлений.

Процессы выветривания приводят к разрушению первичных горных пород. Продукты разрушения перемещаются в основном водными потоками и, отлагаясь, постепенно образуют осадочные породы.

По способу образования минерального вещества осадочные породы делятся на обломочные, хемогенные и органогенные.

Обломочные породы образуются из обломков разрушенных пород, чаще всего они накапливаются как морские осадки.

Классификация обломочных пород основана на: 1) величине обломков; 2) степени их окатанности (окатанные и неокатанные) и 3) наличия или отсутствия цемента (рыхлые и сцементированные) (таблица 5).

 

Классификация обломочных пород.

Таблица 5

Группа пород Размеры обломков, мм Рыхлые породы Сцементированные породы
окатанные неокатанные окатанные неокатанные
Грубообло- мочные (псефиты) > 200   200-10   10-2 Валуны   Галька, галечник Гравий Глыбы   Щебень   Дресва Конгломераты валунные Конгломераты галечные Конгломераты гравийные Глыбовые брекчии   Брекчии
  Песчаные (псаммиты)   2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 Пески Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые Песчаники Грубозернистые Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые
Алевриты 0,1-0,01 Алевриты (лессы, суглинки, супеси) Алевролиты
Пелиты < 0,01 Глины Аргиллиты

 

Структуры обломочных пород – обломочные, различающиеся по форме и размерам обломков (например, грубообломочная, окатанная). В глинистых породах – пелитовые.

Текстуры часто бывают слоистые, рыхлые.

Грубообломочные породы и пески имеют широкое распространение, характеризуются высокой пористостью и водопроницаемостью, обычно насыщены подземными водами. Вредными примесями в песках являются оксиды железа, гипс, слюды, глинистые частицы. Под нагрузкой эти породы обычно не уплотняются. При землетрясениях эти породы могут разжижаться.

В песках преобладают наиболее устойчивые минералы: кварц, слюды.

Глинистые породы характеризуются высокой пористостью (до 90 %), влажностью, пластичностью, липкостью, набуханием, усадкой. С увеличением влажности их прочность резко снижается, они могут перейти в текучее состояние. Несмотря на высокую пористость, их водопроницаемость незначительна, так как пористость сформирована замкнутыми микропорами. Глины в своем составе содержат более 30 % глинистых частиц (каолинит). Остальное приходится на долю пылеватых и песчаных частиц.

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород на территории Казахстана. Эти полиминеральные породы, состоящие из пылеватых частиц кварца, полевых шпатов, кальцита, слюд. Характерными признаками лессов является их низкая водопрочность, они быстро размокают и размываются, а также способны к просадке. Она выражается в способности лессов уменьшать свой объем при увлажнении.

Алевролиты и аргиллиты образуются при «окаменении» песчано-пылеватых и глинистых пород. Эти породы слоистые, легко выветриваются, иногда размокают в воде.

Хемогенные породы образуются в результате выпадения из водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в жарком сухом климате в усыхающих водоемах. Они классифицируются по составу.

Карбонатные породы – плотные известняки с тонкозернистой структурой состоят из кальцита, доломиты с мелкозернистой структурой состоят из доломита. Легко определяются при помощи кислоты НСl (известняк – в куске, доломит – в порошке). Текстуры массивные.

Галоидные породы – каменная соль (соленая) и сильвинит (горько-соленый). Структуры кристаллически-зернистые, текстуры массивные или слоистые.

Сульфатные породы

Гипс – порода, состоящая из минерала гипса, светлого цвета, мелкозернистая.

Ангидрит – порода, состоящая из минерала ангидрита, бело-голубоватого цвета, плотная, мелкозернистая.

Общей особенностью хемогенных пород является их растворимость в воде. К легкорастворимым относятся каменная соль и сильвинит, к среднерастворимым – гипс, ангидрит, к труднорастворимым – известняк, доломит.

Биохемогенные породы образуются в результате накопления и преобразования останков животных и растений, часто с примесью неорганического материала.

Карбонатные породы

Органогенные известняки состоят из раковин кальцитового состава. Если можно определить название организмов, из которых состоит известняк, то по ним дается название породе. Например, коралловый известняк, известняк-ракушечник.

Мел – слабосцементированная порошковая порода, состоит из кальцитовых остатков планктонных водорослей.

Мергели – карбонатно-глинистая порода, светлой окраски с раковистым сколом. Реагирует с НСl, причем на поверхности породы остается грязное пятно.

Структуры органогенных пород – органогенные, текстуры – плотные, пористые.

Кремнистые породы:

Диатомит – легкая мелоподобная порода белого цвета, состоит из остатков диатомитовых водорослей опалового состава.

Трепел – легкая, слабосцементированная порода желтоватого цвета, состоящая из опала.

Опока – серая, темно-серая до черной порода, фарфоровидная. Также состоит из опала.

Яшма – плотная и твердая порода, состоит из халцедона – скрытокристаллического кварца. Красиво окрашена (красные, зеленые, полосчатые окраски).

 

Инженерно-строительные свойства осадочных пород.

 

Горные породы, находящиеся в сфере деятельности человека, называются грунтами.

Крупнообломочные грунты. Прочность этих грунтов зависит от состава обломков и их упаковки. Наибольшую прочность имеют грунты, состоящие из обломков магматических пород. Упаковка обломков может быть рыхлой и плотной. В разнозернистых грунтах упаковка более плотная.

Песчаные грунты. Наиболее опасными разновидностями песчаных пород являются плывуны. Это водонасыщенные пески, которые при вскрытии их котлованами, разжижаются и приходят в движение.

Глинистыегрунты. Глинистые минералы, имея размер < 0,001 мм, являются дисперсными частицами, т.е. для них характерен электрический заряд. Поэтому эти частицы притягивают к своей поверхности диполи воды. Вокруг каждой частицы образуется пленка воды, включающая два слоя: ближе к частице – прочно связанная вода, дальше – рыхлосвязанная.

Свойства глин находятся в большой зависимости от влажности. Если содержится только прочносвязанная влага, то глина будет иметь свойства твердого тела, если содержится и рыхлосвязанная влага, глина становится пластичной и текучей.

Для глин характерны особые свойства, такие как набухание, усадка, водонепроницаемость, липкость.

Сцементированные обломочные породы. Их прочность зависит от состава цемента. Самый прочный цемент – кремнистый, малопрочный – глинистый.

Карбонатные и сульфатные породы – известняк, мел, гипс, ангидрит – способны растворяться в подземных водах с образованием карстовых пустот.

 

Применение осадочных пород в строительстве.

 

Осадочные горные породы чаще всего являются основанием под здания и сооружения и очень широко применяются как строительный материал.

Крупнообломочные породы часто применяются как балластный материал при строительстве железнодорожных и шоссейных дорог.

Некоторые конгломераты и песчаники являются красивым облицовочным материалом.

Применение глин очень разнообразно: изготовление кирпичей, грубой посуды, черепицы, минеральных красок, в качестве составной части портландцемента.

Диатомиты и трепелы применяются для производства жидкого стекла, различных влагопоглощающих материалов (сорбентов), цемента.

Яшмы ценятся как облицовочный и поделочный материал.

Мел и известняк являются сырьем для цемента, извести. Известняк-ракушечник является стеновым материалом.

Доломиты находят применение в качестве флюсов и огнеупоров в металлургии.

Мергели – сырье для цементной промышленности.

 

Методика определения осадочных пород.

 

Определение осадочных пород следует начинать с изучения внешнего вида и вскипания с кислотой. Прежде всего следует определить группу, к которой принадлежит данная порода (обломочные, химические, органогенные).

Глинистые породы имеют землистый облик. Внимательно рассмотреть текстуру и структуру породы. По минеральному составу большинство осадочных пород мономинеральны, т.е. состоят из одного минерала. Самые распространенные минералы – кварц, опал, кальцит, доломит, гипс.

 

ЗАДАНИЕ

 

Изучить осадочные горные породы, представленные в учебной коллекции. Выполнить их описание в тетради по плану:

1. Группа по происхождению.

2. Название породы.

3. Минеральный состав.

4. Окраска, излом, плотность.

5. Структура.

6. Текстура.

7. Инженерно-геологические особенности.

8. Применение в строительстве.

 

Контрольные вопросы

 

1. В каких условиях образуются осадочные горные породы?

2. Как классифицируются осадочные горные породы?

3. Принципы классификации обломочных пород.

4. Структуры и текстуры обломочных пород.

5. Минеральный состав обломочных пород.

6. Инженерно-геологические свойства обломочных пород и их применение.

7. На какие классы делятся хемогенные породы? Их минеральный состав.

8. Структуры и текстуры хемогенных пород.

9. Инженерно-геологические свойства хемогенных пород и их применение.

10. Инженерно-геологические свойства органогенных пород и их применение.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 64-76.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИЗУЧЕНИЕ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

 

Цель работы: приобрести навыки в определении метаморфических горных пород. Изучить инженерно-строительные характеристики метаморфических пород и их применение в строительстве.

 

Оборудование: учебная коллекция метаморфических горных пород,

лупы, раствор 10 % соляной кислоты, шкала Мооса.

 

Условия образования метаморфических горных пород.

 

Метаморфические горные породы возникают в результате преобразования ранее существовавших осадочных, магматических и метаморфических пород, происходящего в земной коре. Метаморфизм происходит под воздействием высокой температуры и давления, а также высокотемпературных паров, газов и воды. Эти преобразования выражаются в изменении минерального состава, структуры, текстуры породы.

Для метаморфических пород характерна полнокристаллическая структура. Наиболее характерными текстурами являются: сланцеватая, полосчатая, массивная.

Метаморфические породы состоят из минералов, устойчивых к высоким температурам и давлению: кварц, плагиоклазы, калиевый полевой шпат, слюды, роговая обманка, авгит и кальцит.

Кроме того, в метаморфических породах встречаются минералы, характерные только для этого процесса: хлорит, гранат, тальк.

В зависимости от исходной породы при метаморфизме возникают ряды пород различной степени метаморфизма.

1. Из осадочных глинистых пород на начальной стадии метаморфизма образуются кровельные сланцы. Дальнейшее усиление метаморфизма приводит к полной перекристаллизации глинистого вещества с образованием филлитов. Они состоят из серицита (мелкочешуйчатого мусковита), хлорита и кварца. При повышении температуры и давления филлиты переходят в кристаллические сланцы. В зависимости от состава это могут быть слюдяные, хлоритовые или хлорит-слюдяные сланцы. На высшей степени метаморфизма появляются гнейсы. Их минеральный состав – микроклин, плагиоклаз, кварц, слюда, иногда гранаты, т.е. гнейсы по минеральному составу близки к гранитам, от которых отличаются ориентированной гнейсовой текстурой.

2. При метаморфизме песчаников формируются кварциты (минеральный состав – кварц). Это крепкие массивные породы.

3. Известняки при метаморфизме переходят в мраморы, которые состоят из кальцита, имеют зернисто-кристаллическую структуру и массивную текстуру.

4. При метаморфизме ультраосновных пород (дуниты, перидотиты) образуются змеевики (серпентиниты).

5. При термальном метаморфизме песчано-глинистых пород образуются роговики – крепкие мелкозернистые породы массивной текстуры. Из карбонатных пород в этом случае возникают скарны, состоящие из пироксенов, гранатов. Эти породы имеют важное практическое значение, так как к ним приурочены месторождения полезных ископаемых – железа (Соколовско-Сарбайское месторождение), меди, молибдена, вольфрама.

Инженерно-геологические свойства метаморфических пород.

 

Массивные метаморфические породы обладают высокой прочностью, практически водонепроницаемы и, за исключением карбонатных, не растворяются в воде.

Ослабление показателей прочности происходит за счет трещиноватости и выветрелости.

Для сланцеватых горных пород характерна анизотропность свойств, т.е. прочность значительно ниже вдоль сланцеватости, чем перпендикулярно ей. Такие метаморфические породы образуют тонкоплитчатые подвижные осыпи.

Наиболее прочными и устойчивыми породами являются кварциты. Метаморфические породы широко применяются в строительстве. Мраморы, кварциты – это облицовочный материал.

Кровельные сланцы (филлиты) служат материалом для покрытия зданий.

Тальковые сланцы – огнеупорный и кислотоупорный материал.

Кварциты применяются как сырье для производства огнеупорного кирпича – динаса.

 

Методика определения метаморфических горных пород.

 

Определение метаморфических пород нужно начинать с установки их минерального состава. Затем определяется текстура, структура, цвет и исходная порода.

ЗАДАНИЕ

 

Изучить по внешним признакам метаморфические породы, находящиеся в учебной коллекции. Описать их в тетради по следующему плану:

1. Название;

2. Цвет;

3. Структура и текстура;

4. Минеральный состав;

5. Исходная порода;

6. Инженерно-геологические особенности;

7. Применение в строительстве.

Контрольные вопросы

 

1. Как образуются метаморфические породы?

2. Какие преобразования происходят в первичных породах при метаморфизме?

3. Какие характерные структуры и текстуры встречаются в метаморфических породах?

4. Какие минералы характерны для метаморфических пород?

5. Какие факторы воздействуют на прочность метаморфических пород?

6. Как применяются в строительстве метаморфические породы?

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям

по общей геологии. – М.: Недра, 1988. с. 77-85.

 

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 5

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И РАЗРЕЗЫ

 

Цель работы: освоить принцип построения геологических карт и разрезов. Научиться читать условные знаки геологических карт. Приобрести навыки определения условий залегания горных пород по геологическим картам.

Общие сведения

 

Геологическая карта отражает геологическое строение земной поверхности и примыкающей к ней верхней части земной коры. Геологическая карта строится на топографической основе. На ней с помощью условных знаков показывается возраст, состав и условия залегания обнаженных на земной поверхности горных пород.

Так как более 90 % поверхности суши покрыто породами четвертичного возраста, то на геологических картах показывают коренные породы без четвертичного чехла.

Для целей строительства используются геологические карты крупномасштабные (1:25000 и крупнее).

При составлении геологических карт необходимо знать возрастную (геохронологическую) последовательность пород, участвующих в строении изучаемого района.

В настоящее время создана единая геохронологическая шкала, отражающая историю развития земной коры.

В шкале приняты следующие временные и соответствующие им стратиграфические (стратум – слой) подразделения (таблица 6).

 

 

Геохронологические и стратиграфические подразделения

Таблица 6

Подразделения по времени (геохронологические) Подразделения по возрасту отложений (стратиграфические)
эра группа
период система
эпоха отдел
век ярус

Геохронологическая шкала

Таблица 7

Эра (группа) Период (система) Индекс Длительность млн. лет Эпоха (отдел) Индекс Цвет на карте
Кайнозойская KZ 65 млн. лет Четвертичный Q 1,7-1,8 Голоцен Плейстоцен Q2 Q1 Бледно-серый
Неогеновый N Плиоцен Миоцен N2 N1 Желтый
Палеогеновый Р Олигоцен Эоцен Палеоцен Р3 Р2 Р1 Оранжево-желтый
Мезозойская МZ 170 млн. лет Меловой К Верхнемеловая Нижнемеловая К2 К1 Зеленый
Юрский J 55-60 Верхнеюрская Среднеюрская Нижнеюрская J3 J2 J1   Синий
Триасовый Т 40-45 Верхнетриасовый Среднетриасовый Нижнетриасовый Т3 Т2 Т1   Фиолетовый
Палеозойская РZ Пермский Р 50-60 Верхнепермская Нижнепермская Р2 Р1 Оранжево-коричневый
Каменно-угольный С 50-60 Верхнекаменно-угольная Среднекаменно-угольная Нижнекаменно-угольная С3   С2   С1   Серый
Девонский С Верхнедевонский Среднедевонский Нижнедевонский Д3 Д2 Д1   Коричневый
Силурийский S 25-30 Верхнесилурийский Нижнесилурийский S2 S1 Серо-зеленый (светлый)
Ордовикский О 45-50 Верхнеордовикский Среднеордовикский Нижнеордовикский О3 О2 О1   Оливковый
Кембрийский Є 90-100 Верхнекембирский Среднекембирский Нижнекембирский Є3 Є2 Є1 Сине-зеленый (темный)
Протерозойская PR         Сиренево-розовый
Архейская AR         Розовый

 

 

Условные знаки на географических картах.

 

Для указания состава, времени формирования и условий залегания горных пород на геологических картах применяются цветовые, буквенные, цифровые и штриховые условные знаки.

Цветовые знаки применяются для обозначения возраста горных пород, а также состава интрузивных и вулканических пород (см. геохронологическую шкалу). Буквенными и цифровыми обозначениями (индексами) обозначается возраст, а для интрузивных и вулканических пород – и их состав. Например (рисунок 1):

 

 

Рисунок 1 – Обозначение возраста пород

 

 

Стратиграфические термины употребляются в отношении горных пород, например: породы каменноугольной системы (а не периода).

Для обозначения генезиса осадочных пород применяются строчные латинские буквы: m – морские, g – ледниковые, а – аллювиальные. Например: аQ – аллювиальные четвертичные отложения.

Интрузивные и эффузивные породы индексируются с помощью прописных греческих букв: γ – граниты, δ – диориты,ξ – сиениты, ν – габбро, σ – дуниты.

Штриховые обозначения применяются обычно на геологических картах, выполненных одним цветом, а также на разрезах и в стратиграфических колонках

Наиболее часто употребляемые штриховые обозначения показаны на рисунке 2.

 

1 – пески; 2 – песчаники; 3 – галечники; 4 – конгломераты; 5 – кремнистые породы (яшмы, опоки, диатомиты); 6 – известняки; 7 – доломиты; 8 – глины; 9 – мергели; 10 – породы кислого состава; 11 – их лавы и туфы; 12 – породы среднего состава; 13 – их лавы и туфы; 14 – породы основного состава; 15 – их лавы и туфы.

Рисунок 2 – Штриховые условные знаки

 

Слой и слоистость.

Слоем (или пластом) называют более или менее однородный обособленный осадок (или горную породу), ограниченный поверхностями наслоения.

Верхняя поверхность называется кровлей, нижняя – подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой характеризует его мощность.

Мощность слоя можно рассчитать по разности между абсолютными отметками кровли и подошвы.

Возможны два случая соотношения слоистых толщ. В первом – каждая вышележащая толща без следов перерыва в накоплении осадков залегает на подстилающих слоях, образуя согласное залегание пород.

Во втором случае между толщами стратиграфическая последовательность прерывается и в результате появляется стратиграфическое несогласие, которое может быть и угловым (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3 – Несогласное залегание горных пород

 

Стратиграфические колонки и геологические разрезы.

 

Геологические карты обычно сопровождаются стратиграфическими колонками и разрезами. На стратиграфической колонке в возрастной последовательности снизу вверх от древних к молодым условной штриховкой изображаются дочетвертичные осадочные, вулканические и метаморфические породы, развитые на территории. Интрузивные образования на колонке не показываются.

Геологические разрезы представляют собой изображение залегания пород на плоскости вертикального сечения земной коры от ее поверхности на ту или иную глубину.

Горизонтальный и вертикальный масштабы разрезов должны соответствовать масштабу карты (кроме случаев, когда залегание пород горизонтальное). На каждом разрезе показывают: гипсометрический профиль местности, линию уровня моря, шкалу вертикального масштаба с делениями через 1 см на обоих концах разреза.

Разрезы раскрашиваются и индексируются в соответствии с геологической картой.

При горизонтальном залегании слоев разрезы обычно строят через самую высокую и низкую точки рельефа.

При строительстве важно знать геологическое строение верхней части земной коры. Верхние горизонты в основном характеризуются горизонтальным залеганием пород.

Методические указания и задание для построения геологического

разреза.

 

В приложении (выдается преподавателем) дана геологическая карта бассейна р. Кача и стратиграфическая колонка. Необходимо изучить последовательность залегания пород по колонке, их описание, возраст, мощность. На листе ватмана размером А4 приклеить ксерокопию карты, а стратиграфическую колонку начертить слева от карты. Условные обозначения поместить справа. Геологический разрез выполняется внизу (рисунок 4).

Построение разреза начинают с вычерчивания профиля разреза. Для этого на листе ватмана проводят несколько горизонтальных линий, расстояние между которыми должно быть равно сечению рельефа горизонталями в масштабе карты. В заданной карте горизонтали секут рельеф через 10 м, что в масштабе 1:10000 составит 1 мм. Линейки ограничиваются вертикальными линиями, располагающимися на расстоянии, соответствующем длине разреза. У вертикальных линеек с обеих сторон разреза указываются высоты, соответствующие высоте горизонталей на карте, пересекаемых линией разреза. Далее измеряют на карте расстояния до линии разреза до пересечения с горизонталями и переносят эти расстояния на линейки, имеющие те же высотные отметки. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая и будет представлять собой профиль рельефа.

Геологическая карта бассейна р. Кача

Масштаб 1:25000

 
 
А

 


Условные обозначения
Стратиграфическая колонка
Б

 

 

Геологический разрез по АБ

Масштабы гор.

верт.

 

Рисунок 4 – Расположение элементов чертежа

 

Построение разреза начинают с вычерчивания профиля разреза. Для этого на листе ватмана проводят несколько горизонтальных линий, расстояние между которыми должно быть равно сечению рельефа горизонталями в масштабе карты. В заданной карте горизонтали секут рельеф через 10 м, что в масштабе 1:10000 составит 1 мм. Линейки ограничиваются вертикальными линиями, располагающимися на расстоянии, соответствующем длине разреза. У вертикальных линеек с обеих сторон разреза указываются высоты, соответствующие высоте горизонталей на карте, пересекаемых линией разреза. Далее измеряют на карте расстояния до линии разреза до пересечения с горизонталями и переносят эти расстояния на линейки, имеющие те же высотные отметки. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая и будет представлять собой профиль рельефа.

Вычертив кривую рельефа поверхности Земли по линии разреза, переносят на нее все точки пересечения линии разреза с геологическими границами. Для этой цели можно пользоваться либо циркулем-измерителем, либо отдельной узкой полоской бумаги. Найдя точки выхода геологических границ на поверхности рельефа, проводим горизонтальные линии между стратиграфическими комплексами. На концах разреза ставятся буквы А и Б, а на сам разрез наносятся индексы и условная штриховка для пород.

 

 

Задание

 

Построить геологический разрез по линии, предложенной преподавателем, используя учебную карту в приложении (выдается преподавателем).

 

Контрольные вопросы

 

1. Что изображается на геологической карте?

2. Какого масштаба используются геологические карты и разрезы для строительных целей?

3. Как определяется абсолютный возраст горных пород?

4. Как определяется относительный возраст горных пород?

5. Что лежит в основе стратиграфического метода определения относительного возраста?

6. Что лежит в основе палеонтологического метода?

7. Какие условные знаки применяются на геологических картах?

8. В чем важность геологических разрезов для строительства сооружений?

 

Список литературы

 

Павлинов В.Н. и др. Пособие к лабораторным занятиям по общей

геологии. – М.: Недра, 1988. С. 86-102.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

Цель работы: приобрести навыки обработки первичных данных инженерно-геологических изысканий и их оценки. Оборудование: лист ватмана 70х30 см, чертежные принадлежности.

 

Современные методы строительства позволяют осваивать даже очень трудные по природным условиям участки, однако это требует больших дополнительных капиталовложений. Оценка целесообразности таких затрат и пригодности той или иной территории для строительства всегда связана с установлением объема необходимых для освоения участка инженерных мероприятий. С этой целью проводятся инженерно-геологические изыскания, анализ которых позволяет:

1. оценить инженерно-геологические условия возведения сооружений, оценить возможное влияние сооружений на состояние и свойства пород и устойчивость территории в целом;

2. установить характер инженерных мероприятий, обеспечивающих устойчивость и надежность сооружений.

Выполняя эту заключительную работу, студент получает некоторые навыки обработки первичных данных инженерно-геологических изысканий и их оценки.

В качестве исходных материалов используются данные разведочного бурения и нивелировки.

Работа складывается из двух этапов:

1) построение геологического разреза по данным бурения скважин;

2) составление пояснительной записки к построенному разрезу.

 

Методика построения геологического разреза.

 

Студент выполняет тот вариант задания, номер которого совпадает с последней цифрой его шифра. По данным нивелировки и бурения построить геологический разрез в масштабах: горизонтальный 1 : 5000, вертикальный

1 : 500. Данные по бурению в приложении (выдается преподавателем).

Для построения разреза необходим лист ватмана 70 х 30 см. Чертеж выполняется в карандаше.

С левой стороны листа чертим вертикальную масштабную линейку в принятом масштабе (1 : 500). Максимальная отметка на этой линейке равна максимальной абсолютной отметке рельефа местности (по данным нивелировки), минимальная – самой низкой абсолютной отметке забоя скважины (глубина проходки скважины). Под масштабной линейкой проводим условную базисную линию, равную длине разреза. Далее на базисную линию наносим в горизонтальном масштабе (1 : 5000) расстояние между точками в соответствии с данными нивелировки. Из точек восстанавливаем перпендикуляры до абсолютных отметок поверхности земли (устья скважин). Соединив устья скважин плавной линией, получаем линию топографического профиля (поверхности земли). Рядом с устьем скважин указываем номер и абсолютную отметку устья скважины . На осевых линиях скважин небольшими горизонтальными штрихами показываем границы распространения мощности в м тех или иных пород сверху вниз, а рядом указываем условными обозначениями литологический состав и возраст пород, то есть наносим разрезы данных буровых скважин.

Далее штрихи, изображающие границы одинаковых по составу и возрасту пород в соседних скважинах, соединяем. Если порода, обнаруженная в одной скважине, в соседней отсутствует, то на разрезе изображаем ее постепенным выклиниванием к середине расстояния между скважинами. После увязки всех границ пород участки между скважинами заштриховываем согласно условным обозначениям (рисунок 2).

Отметку появления уровня грунтовых вод отмечаем рядом с выработкой справа на высоте, соответствующей данной отметке.

Положение уровня грунтовых вод соединяем в единую пунктирную линию, а установившиеся уровни напорных вод показываем рядом с выработкой вертикальной стрелкой на высоту напора воды (от отметки появления до отметки установления напорных вод).

Условные обозначения горных пород располагаем в строгой последовательности от более молодых к более древним и наносим справа от разреза (сверху вниз) или под разрезом (слева направо). Разрез подписываем внизу. Например: «Геолого-литологический разрез по линии скважин (1-5)». Под названием посередине помещаем масштаб горизонтальный и вертикальный.

К геолого-литологическому профилю необходимо приложить пояснительную записку, включающую описание:

1) рельефа местности;

2) геологического строения;

3) гидрогеологических условий;

4) инженерно-геологических условий строительства.

 

Рельеф местности.

 

Необходимо указать тип рельефа (горный или равнинный), степень его пересеченности и абсолютные отметки отдельных элементов. Особое внимание обращается на описание долины реки: протяженность, ширину, глубину русла реки, наличие террас, их высоты над уровнем воды, ширину, крутизну коренных склонов.

По расположению относительно русла выделяют симметричные и асимметричные террасы, а также двухстороннюю и одностороннюю пойму. По условиям образования террасы подразделяются на аккумулятивные (сложенные целиком аллювием), эрозионные (сложенные целиком коренными породами) и цокольные (у которых часть склона над рекой представлена коренными породами, покрытыми сверху толщей аллювия).

Геологическое строение.

 

Здесь приводится литолого-стратиграфическая характеристика пород и условия их залегания.

Вначале приводится возраст коренных пород и условия их залегания, а также генетические разновидности четвертичных отложений.

Элювий (е) – обломочный материал формируется под влиянием выветривания и образует скопление на месте разрушения.

Делювий (d) – обломочный материал переносится по склону дождевой или талой водой и накапливается на склоне или у подножия возвышенностей.

Пролювий (р) – продукты разрушения, выносимые мощными временными потоками (селями) к подножию возвышенностей и располагающиеся в виде конусов выноса.

Аллювий (а) – отложения, сформированные в речных долинах речными потоками.

Коллювий (q) – обломочные отложения, перемещенные вниз по склону под действием силы тяжести.

Флювиогляциальные (fq) – отложения потоков талых ледниковых вод ниже края ледника.

Затем приступают к детальному описанию породы по плану:

а) название породы, группа по генезису, возраст;

б) минералогический состав, структура, текстура;

в) мощность и ее изменение по профилю;

г) условия залегания.

Описание пород ведется в возрастной последовательности от древних к молодым.

 

Гидрогеологические условия.

 

При характеристике гидрогеологических условий отмечается наличие различных типов подземных вод и общее количество водоносных горизонтов. Для каждого водоносного горизонта приводятся следующие сведения: тип подземных вод (верховодка, грунтовые, межпластовые, трещинные), напорные или ненапорные.

Необходимо обратить внимание на гидравлическую связь между соседними водоносными горизонтами (связь устанавливается по совпадению пьезометрических уровней между напорными горизонтами, или с горизонтом вышележащих грунтовых вод).

 

 

Инженерно-геологические условия строительства.

 

Оценка инженерно-геологических условий строительства дается в виде анализа инженерно-геологических свойств пород (плотность, влажность, водопроницаемость, устойчивость к механическим воздействиям, просадочность, набухание, оползание, карстообразование и другие геологические явления).

 

Требования к составу и оформлению работы.

 

Объем пояснительной записки – 5-6 страниц рукописного текста на листах формата А4. Титульный лист выполняется по общепринятым требованиям к письменной работе с указанием номера варианта.

Для выполнения работы потребуется литература [1].

Текст должен быть лаконичным и в то же время развернутым и исчерпывающим.

В конце работы приводится список используемой литературы.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие инженерно-геологические исследования проводятся на территории проектируемого строительства?

2. Какими породами сложен район?

3. Каковы условия залегания горных пород?

4. Как выражены в районе экзогенные процессы?

5. Какие подземные горизонты характерны для района?

6. Каковы инженерно-геологические свойства пород, слагающих район?

7. Какие инженерно-геологические процессы характерны для района?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Ананьев В.П. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 2000.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

Рудненский индустриальный институт

 

 

РАССМОТРЕНО

На заседании кафедры РМПИ

Пр. № 8 от 12.05.05

Зав. кафедрой _______________ Е.А.Фионин

 

ОДОБРЕНО

На заседании МК ГСФ

Пр. № 1 от 29.09.05

Председатель МК ГСФ _______ Г.Д. Гурьевская

 

 

УТВЕРЖДЕНО

На заседании УМС

Пр. № от ____

Председатель УМС __________ Е.С.Зулкарнаев

 

Кафедра «Разработка месторождений полезных ископаемых»

 

Р.В. Шитова

 

Методические указания

 

к лабораторным занятиям

по дисциплине «Геотехника»

для студентов специальности 050729 «Строительство»

 

 

Рудный 2005

Св. план 2005-2006 уч. год

Св. план 2006-2007 уч. год.

 

 

Р.В. Шитова

 

Методические указания

 

к лабораторным занятиям по дисциплине «Геотехника»

для студентов специальности 050729 «Строительство»

 

 

Подписано в печать

Тираж экз. Формат 21*30/2. Бумага листовая для ксероксной техники.

Печать ксероксная. Объем уч.-изд.л. Заказ №

 

Издание Рудненского индустриального института

Редакционно-издательский центр РИИ

г. Рудный, ул. 50 лет Октября, 58